|
Chcesz wiedzieć więcej? Zamów dobrą książkę. Propozycje Racjonalisty: | | |
|
|
|
|
Nauka » Astronomia » Budujemy własny teleskop
Maska Coudera i figuryzacja zwierciadła [1] Autor tekstu: Marcin Klapczyński
Maska Coudera pozwala na podzielenie zwierciadła na strefy, które można
pomierzyć ilościowo. Nie należy dzielić zwierciadła na zbyt wiele stref -
lepiej posiadać wiarygodne odczyty z mniejszej liczby stref, niż zbyt wiele,
mniej wiarygodnych danych. Poniżej zamieściłem maskę Coudera dla zwierciadła o średnicy 203 mm.
Rycina 50. Maska Coudera. Kliknij tutaj,
aby uzyskać maskę dostosowaną do zwierciadła o średnicy 203 mm. Po
wydrukowaniu wytnij dokładnie wszystkie strefy i zmierz je bardzo dokładnie. Hx
to odległość od środka do zewnętrznej krawędzi strefy (promień zewnętrzny),
Hm to odległość od środka do środka strefy (promień wewnętrzny).
Drugim sposobem uzyskania Hm jest zmierzenie Hx i krawędzi
wewnętrznej strefy, dodanie ich i podzielenie przez 2. Dla ułatwienia
orientacji podczas testów można obciąć około 1/4 górnej części
maski. Wartość w najniższym wierszu można zignorować, gdyż będzie
obliczana automatycznie przez oprogramowanie (na podstawie Texereau [ 1 ])
Pomiary należy wykonać po co najmniej godzinie — dwóch od momentu
postawienia zwierciadła na stojaku. Jest bardzo ważne, aby jego temperatura
zrównała się z otoczeniem. Najpierw upewnij się, że krawędź noża wędruje
wzdłuż osi optycznej zwierciadła i sprawdź sekwencję obrazów. Następnie
zakryj zwierciadło maską Coudera i poczekaj około 15 minut, aż uspokoi się
powietrze.
Jedną ręką trzymamy pokrętło
wzdłużne, drugą ręką pokrętło poprzeczne i wprowadzając i wyprowadzając
ostrze w oś optyczną oceniamy stan wygaszenia każdej strefy z osobna. Noża
nie trzeba zerować, gdyż tak naprawdę nie liczy się sama wartość odczytana
ze skali, lecz różnica w wartości pomiędzy poszczególnymi strefami. Numery
powinny rosnąć od strefy Z1 do Z4. Najtrudniej jest odczytać środkową strefę i zajmuje wiele czasu i praktyki aby wyczulić oko na te zmiany. Czego właściwie
szukamy? Celem jest znalezienie punktu na podziałce dla każdej strefy na osi
podłużnej, w którym wygasa ona natychmiast po wprowadzeniu noża. Cała
strefa musi zaciemnić się jednorodnie, bez wędrujących cieni z jednego końca
na drugi. W przypadku stref Z2, Z3, Z4 obie strony maski Coudera powinny
wygasnąć jednocześnie. Zanim zaczniesz spisywać numery z podziałki,
staraj się poćwiczyć „na sucho", wygaszając kolejno strefy Z1 — Z4 i z
powrotem. Tak jak wspominałem — najtrudniejsza do oceny jest strefa Z1 i najlepiej jest przesunąć wpierw nóż w kierunku zwierciadła, obserwując wędrujący
cień i stopniowo cofać ostrze aż do momentu, gdy cała strefa wygasza się w jednym momencie. Najbardziej wiarygodny odczyt jest zawsze ze strefy Z3, czyli
obszaru 0,7 średnicy zwierciadła i te dane, nie zaś wartość strefy Z1,
traktowane są przez oprogramowanie jako punkt odniesienia.
Rycina 51. Odczyty z maski Coudera poszczególnych stref. W przypadku stref Z2, Z3 i Z4, każda z nich musi wygasnąć jednocześnie po obu stronach.
Oczywiście, wszystkie obliczenia można wykonywać ręcznie, jednak
szczerze odradzam — są one zbyt czasochłonne. Ciekawych odsyłam do książki
Texereau [ 1 ]. My tymczasem użyjemy doskonałego oprogramowania freeware, które
pozwoli nam ułatwić wyzywający proces figuryzacji. Program nazywa się
FigureXP i można go sciągnąć tutaj: FigureXP.
Poniżej znajduje się ekran (Setup, F2), w którym wprowadza się dane.
Rycina 52. FigureXP to bardzo użyteczny i prosty w obsłudze
program. Po uruchomieniu wybieramy 'Create new file', aby stworzyć nowy
plik lub ładujemy z dysku poprzednio używany. Po wciśnięciu F2 pojawia się
panel Setup w którym kolejno wpisujemy potrzebne dane. Porównaj z poniższym
tekstem.
Ekran 'Setup' posiada następujące
opcje:
- Ilość
stref maski (number of mask zones): 4.
- Sposób
wpisywania wymiarów stref (mask entry type): pozostawić 'inner/outer'
(promień wewnętrzny/zewnętrzny).
- Jednostka
pomiarowa (measurments unit): mm.
- Źródło
światła (light source type): w zależności od zbudowanego przez was noża
Foucaulta należy wybrać: ruchome (moving) albo nieruchome (fixed). Jest
to bardzo ważne. Złe wybranie opcji spowoduje błędną
interpretację danych.
- Promień
krzywizny (ROC): czyli podwojona ogniskowa — zmierz dokładnie jeszcze raz
ustawiając nóż na figurze „obwarzanka" — wygaszając 0,7 średnicy
zwierciadła. Co jakiś czas należy mierzyć tą odległość, gdyż może
ona zmienić się w toku figuryzacji.
- Średnica
zwierciadła (mirror diameter): w naszym przypadku 203 mm.
- Pożądana
deformacja (desired deformation): -1 (czyli kształt paraboli — porównaj z Ryc. 42).
- Promień
wewnętrzny Hm (Inner Mask Radius) oraz promień zewnętrzny Hx
(Outer Mask Radius) dla każdej ze stref powinny mieć takie wartości jak w tabeli, jeśli dokładnie wyciąłeś maskę.
Gdy wpiszemy wszystkie dane przechodzimy do następnego panelu za pomocą
F3.
Rycina 53. Panel 'KE Readings', czyli odczyty z krawędzi
noża. Wyjaśnienie poniżej.
Pojawia się następna opcja — ilość odczytów (number of data sets).
Ponieważ ludzkie oko nie jest doskonałe i w naszych danych zawsze będzie
pewien błąd, należy wykonać co najmniej trzy odczyty każdej strefy, które
zostaną uśrednione. Z biegiem czasu można dojść do takiej wprawy, że
odczyty z Z3 strefy będą identyczne do 2 miejsca po przecinku! Ja zawsze
wykonywałem trzy odczyty — zaczynając od strefy Z1 do Z4, z powrotem od Z4
do Z1 i ponownie od Z1 do Z4. Staraj się nie patrzeć na poprzednie odczyty,
aby się nimi nie sugerować. Gdy już będziesz naprawdę blisko ukończenia
zwierciadła, po odczytaniu danych, przekręć zwierciadło o 90 stopni,
przykryj ponownie maską Coudera, odczekaj 15 minut i powtórz odczyty. Uzyskane
dane wpisujemy dla każdej strefy do tabeli. Po prawej stronie, żółtym
kolorem, podane są wartości idealne dla każdej z nich. Gdy wpiszemy nasze
odczyty, przechodzimy do kolejnego panelu, wciskając, F4.
Rycina 54. Panel 'Surface Error', czyli błąd powierzchni. Poszczególne strefy oznaczone są Z1, Z2,
Z3 i Z4. Pamiętaj, że wykres nie reprezentuje kształtu zwierciadła, lecz
odchyłkę każdej ze stref od wartości idealnej. Celem jest więc „spłaszczenie"
wykresu, czyli wyrównanie stref jak najbliżej do ich wartości idealnych. Powyższy
wykres i dane z Ryc. 53 pochodzą z mojego pierwszego odczytu, który jak widać,
reprezentuje monstrualną hiperbolę.
Powyższy panel reprezentuje błąd powierzchni zwierciadła, oś pozioma
to odległość od środka, oś pionowa reprezentuje odchyłkę krzywizny w nanometrach (nm). Na samej górze wyrażona jest skala w długościach fali świetlnej.
Dla nas na tym panelu najważniejsze są dwie rzeczy: kształt krzywej i wartość
błędu wyrażona w długości fali (lambda) — 'P-V Wavefront Error'. Spójrzcie
na powyższy wykres — olbrzymi wulkan, z dziurą w środku i stromymi krawędziami!
Odchyłka od prawidłowej figury wynosi ponad dwie długości fali! ('P-V
Wavefront Error' 2.04 Waves!) Kiedy klikniemy na przycisk po lewej 'Find best fit conic
constant', pokazuje się wartość -3.2, czyli
wielgachna hiperbola. Co właściwie oznacza 'odchyłka równa x fali'?
Rycina 55. Zwierciadło teleskopowe nie może mieć odchyłki
od prawidłowej figury większej niż 1/4 lambda. Po prawej przedstawiona
jest schematycznie fala świetlna oraz przesunięcie 1/4 długości. Gdy błąd
jest większy, fala odbita może osłabić falę nadchodzącą w procesie zwanym
interferencją (fale pokrywające się grzbietami, wzmacniają się, przesunięcie
fali spowoduje osłabienie jednej fali przez drugą, gdyż ich grzbiety staną
naprzeciw siebie). Zwierciadło zatem musi spełnić tzw. kryterium Rayleigha,
którzy obliczył, że 1/4 fali światła, na które ludzkie oko jest
najbardziej wrażliwe wynosi 140 nm (nanometrów). Załóżmy, że błąd
powierzchni posiada głębokość delta (schemat po lewej), jest to dodatkowy
dystans, który światło musi pokonać w kierunku do i od zwierciadła. Dlatego też
całkowite opóźnienie wywołane przez defekt ma wartość 2*delta, czyli błąd
powierzchni zostaje tak naprawdę podwojony. Dlatego też, aby zwierciadło spełniało
kryterium Rayleigha, defekt powierzchni nie może przekroczyć 140/2 = 70
nanometrów (0,000 070 mm). Dowód na to, że manipulacja na tak
niewyobrażalnie małych wartościach jest możliwa znajdziecie poniżej. (na podstawie Texereau [ 1 ])Zwierciadła komercyjne powinny
mieć odchyłkę maksimum 1/4 fali, my jednak chcemy wykonać zwierciadło
doskonałe i nie powinniśmy kończyć figuryzacji zanim nie uzyskamy błędu
mniejszego niż 1/10 fali. Jeśli zdecydowałeś się na wykonanie zwierciadła
do obserwacji głównie planet, twoim celem powinno być nawet 1/16 fali. Proces
poprawek jest za każdym razem inny i zależy od twardości polerownika,
temperatury stanowiska pracy, doświadczenia operatora etc. Podstawą jest ostrożność,
odpowiednia analiza i zrozumienie własnych poczynań. Figuryzacji trzeba
poświęcić dużo czasu. Należy prowadzić skrupulatne notatki z każdego
odczytu i pracować powoli i sukcesywnie. Dobrze jest włączyć sobie po kolei
profile zwierciadła na ekranie i analizować w jaki sposób nasze działania wpłynęły
na zmianę kształtu. Cały proces jest jak próbowanie złapania czterech kotów
jedną ręką na raz. Kiedy mamy już trzy w garści i sięgamy po czwartego,
drugi wypada z ręki i ucieka. Podczas podnoszenia drugiego, wypadają dwa kolejne etc.
Samemu zdarzyło mi się raz, że trzy strefy miały wartość idealną, pozostała
czwarta była zaś zupełnie poza kontrolą. Poniżej przedstawiam kilka przykładowych
rycin, które reprezentują kolejne kroki moich zmagań podczas figuryzacji. W każdym przypadku skutek danego ruchu może być inny ze względu na różnice
pomiędzy polerownikiem. Ważnym jest więc uchwycenie jego działania w toku
figuryzacji.
1 2 Dalej..
Przypisy: [ 1 ] Jean Texereau, How to Make a Telescope,
Second Edition, wydawnictwo Willmann-Bell, Inc., ISBN 0-943396-04-2. Wydawca
zezwala na reprodukcję, tłumaczenie i modyfikację ilustracji tylko na
zasadzie fair use, czyli w celach edukacyjnych i niedochodowych. Szczegóły
tego prawa można przeczytać w sekcjach 107 i 108 dokumentu United States
Copyright Act. « Budujemy własny teleskop (Publikacja: 12-06-2006 Ostatnia zmiana: 17-06-2006)
Marcin KlapczyńskiUkończył biologię molekularną na Uniwersytecie Adama Mickiewicza w Poznaniu. Pracował jako Research Specialist in Health Science w Department of Anatomy and Cell Biology na University of Illinois w Chicago. Obecnie pracuje jako Associate Cell Biologist / Histologist w Abbott Laboratories (Illinois). Specjalizuje się w ekspresji białek 'od zera', hodowlach linii komórkowych, symulacji in vitro procesów zachodzących w komórkach. Jego pasją jest teoria ewolucji, w szczególności ewolucja systemów biochemicznych i pochodzenie życia we Wszechświecie. Liczba tekstów na portalu: 22 Pokaż inne teksty autora Liczba tłumaczeń: 1 Pokaż tłumaczenia autora Najnowszy tekst autora: Wykonanie statywu Dobsona, złożenie i kolimacja teleskopu | Wszelkie prawa zastrzeżone. Prawa autorskie tego tekstu należą do autora i/lub serwisu Racjonalista.pl.
Żadna część tego tekstu nie może być przedrukowywana, reprodukowana ani wykorzystywana w jakiejkolwiek formie,
bez zgody właściciela praw autorskich. Wszelkie naruszenia praw autorskich podlegają sankcjom przewidzianym w
kodeksie karnym i ustawie o prawie autorskim i prawach pokrewnych.str. 4846 |
|